Tại sao PoW dựa trên sự đồng thuận của Nakamoto là an toàn và hoàn hảo?

Trong bài đăng trước, chúng tôi đã giải thích tại sao PoS kém an toàn hơn PoW. Bài viết này sẽ đề cập đến lý do cơ chế đồng thuận PoW hay còn được gọi là đồng thuận Nakamoto do Satoshi Nakamoto phát minh cho mạng Bitcoin là an toàn và hoàn hảo.

Để giải thích cơ chế, trước tiên sẽ định nghĩa thuật toán PoW, giải thích cách thức hoạt động trong đồng thuận Nakamoto, tại sao nó an toàn, hoàn hảo và cuối cùng là mang lại lợi ích như thế nào cho tiền, tài sản và thỏa thuận trên các blockchain như Bitcoin và Ethereum Classic.

PoW là gì?

Để giải thích thế nào là PoW, trước tiên cần phải giải thích về “hashing”. Thuật toán hashing là hàm biến thay đổi chuỗi dữ liệu tùy ý, chẳng hạn như một con số, một bức thư tình hoặc một danh sách các giao dịch thành một số có độ dài cố định.

Ví dụ: “hello” sử dụng hàm hash SHA-256 tạo ra hash:

2cf24dba5fb0a30e26e83b2ac5b9e29e1b161e5c1fa7425e73043362938b9824

Quy trình PoW trong mạng như Bitcoin bắt đầu bằng một nhóm gồm 4 số, sau đó hashing chúng bằng cách lặp đi lặp lại nonce (số chỉ được sử dụng một lần) cho đến khi gặp mục tiêu độ khó. Sau đó, miner đạt mục tiêu trước sẽ giành phần thưởng.

Quy trình PoW

Các bước trong quy trình PoW được mô tả ở sơ đồ trên bao gồm:

Dữ liệu cần hash:

4 số được hash tạo một khối mới là hàm hash của khối trước đó, do đó, một chuỗi các giá trị hash liên quan có thể được xây dựng, tạo ra “blockchain”. Một hàm hash được gọi là Merkle root, chứa tất cả các giao dịch của khối hiện tại; một dấu thời gian; một nonce tùy ý là số được lặp lại trong bước tiếp theo để tìm hàm hash với mục tiêu độ khó.

Hash lặp:

Nếu 4 con số được hash đơn giản, chúng sẽ tạo ra hàm hash duy nhất, nhưng phải thử nhiều lần, thậm chí hàng tỷ hoặc hàng nghìn tỷ lần mỗi giây để đạt được mục tiêu độ khó và nonce được lặp lại liên tục để tăng cơ hội tìm ra kết quả hash đạt được mục tiêu.

Bước này là bước tạo nên “công việc” trực tiếp trong PoW, đây là khía cạnh quan trọng nhất của đồng thuận Nakamoto, bởi vì tất cả các miner đều tiêu tốn rất nhiều năng lượng cứ trung bình sau 10 phút làm việc để tìm ra một hàm hash trong mục tiêu độ khó.

Đạt mục tiêu độ khó:

Tất cả các số hoặc giá trị hash có thể có chức năng như SHA-256, là hàm được sử dụng trên mạng Bitcoin, được tạo từ các chuỗi dữ liệu tùy ý, chẳng hạn như danh sách các giao dịch Bitcoin rất lớn xấp xỉ 2^256, có lẽ nhiều hơn cả các nguyên tử trong vũ trụ.

Mục tiêu độ khó bao gồm xác định phạm vi nhỏ của các số có thể được sử dụng cho khối hiện tại. Ví dụ: nếu toàn bộ không gian số từ 0 đến 10, nhưng mục tiêu độ khó được đặt ở mức 3 hoặc thấp hơn, điều đó có nghĩa là miner phải hash nhiều lần 3 số đầu tiên với nonce lặp lại cho đến khi kết quả hash là 3 hoặc dưới 3.

Vì vậy, nếu họ thực hiện hash và kết quả là 8 thì kết quả đó sẽ bị loại bỏ. Nếu sau vài lần thử, họ tìm thấy một hàm hash là 2 thì miner đã trúng số độc đắc! Điều này có nghĩa là họ giành được phần thưởng cho khối đó nếu là người đầu tiên tìm thấy và truyền nó lên mạng.

Hoàn thiện khối và phần thưởng:

Khi một miner tìm thấy hàm hash trong mục tiêu độ khó, họ phải hoàn thành khối bằng cách nhập khóa công khai với số dư đại diện cho phần thưởng hiện tại cho khối đó, gửi nó đến các node đầy đủ của mạng để xác minh và đưa vào blockchain. Sau khi được đưa vào blockchain, miner có thể yên tâm rằng họ đã kiếm được phần thưởng.

Đồng thuận Nakamoto là gì?

Như có thể thấy trong sơ đồ khai thác dưới đây, PoW là một thành phần của đồng thuận Nakamoto.

Các bước đồng thuận Nakamoto

Các bước trong đồng thuận Nakamoto bao gồm:

Giao dịch được thu thập và gửi đến các miner:

Khi các cá nhân, sàn giao dịch, dịch vụ ví, nhà đầu tư và tất cả các loại người dùng, nhà khai thác node khác gửi giao dịch đến mạng thông qua node đầy đủ, tất cả giao dịch được gửi đến các node khác trong mạng, để đảm bảo sao chép đầy đủ, bao gồm cả miner.

Miner xây dựng khối:

Khi miner nhận được giao dịch, họ nhóm chúng lại và bắt đầu quy trình PoW được mô tả ở trên. Tất cả sức mạnh tính toán của miner được triển khai để tìm ra hàm hash đạt mục tiêu độ khó. Khi miner tìm thấy hàm hash trong mục tiêu, họ sẽ hoàn thành khối để nó có thể được gửi đến phần còn lại của mạng.

Các khối hoàn thành được gửi trở lại node đầy đủ:

Khi một miner tìm thấy và hoàn thành khối chiến thắng, nó sẽ ngay lập tức được gửi đến phần còn lại của mạng để truyền bá và tất cả các node đầy đủ có thể nhận được.

Đôi khi nhiều hơn một miner sẽ tìm thấy hàm hash trong mục tiêu độ khó. Nếu điều này xảy ra, mạng sẽ chọn người tìm thấy đầu tiên hoặc nếu cả hai tìm thấy cùng một lúc thì chúng sẽ hoạt động trên cả hai cho đến khi một trong hai trở thành một phần của chuỗi dài nhất.

Node đầy đủ xác minh khối và thêm chúng vào blockchain:

Khi các node đầy đủ nhận được khối mới, chúng xác minh tất cả các giao dịch là hợp lệ, hàm hash là chính xác và quy trình PoW đã được tuân thủ.

Sau khi xác minh, khối được thêm vào blockchain như là khối cao nhất, làm tăng thêm số lượng công việc tính toán trong mạng kể từ khi tạo genesis. Như vậy, tất cả sức mạnh tính toán kể từ khi genesis được tích lũy tạo ra một bức tường bảo vệ cho blockchain.

Như mô tả trong phần trước, khi các node đầy đủ bao gồm một khối trong blockchain, tức là đã hoàn tất việc thanh toán phần thưởng cho miner chiến thắng. Phần thưởng cho mỗi khối là động lực kinh tế quan trọng để miner tham gia và bảo mật blockchain trong đồng thuận của Nakamoto.

Phần thưởng được đặt theo chính sách tiền tệ của mạng, nhưng cũng bao gồm phí giao dịch được gửi cùng với các giao dịch để khuyến khích miner đưa chúng vào khối. Trong tương lai, khi phần thưởng giảm dần, phí giao dịch sẽ trở thành phần chính trong khoản thanh toán cho miner.

Tại sao PoW dựa trên đồng thuận của Nakamoto là an toàn và hoàn hảo?

Cách PoW hoạt động trong cơ chế đồng thuận Nakamoto có một loạt các ưu điểm giúp đảm bảo an toàn và hoàn hảo bởi vì chúng cùng nhau đáp ứng tất cả các nhu cầu về bảo mật, tính sẵn có và tính nhất quán của hệ thống.

Năm lợi thế của PoW khiến cho đồng thuận Nakamoto an toàn và hoàn hảo

Những lợi thế của PoW dựa trên đồng thuận của Nakamoto là:

Chứng minh tất cả sức mạnh tính toán đã tham gia:

Đồng thuận của Nakamoto cung cấp bằng chứng rằng phần lớn sức mạnh tính toán tham gia vào các khối xây dựng. Đối với bất kỳ khối nào, điều này là do ở độ khó nhất định, các miner trong mạng mất ít nhất 10 phút để hash, là bằng chứng vật lý cho thấy phần lớn sức mạnh tính toán đã tham gia xây dựng khối đó.

Trên đây là các giải pháp nổi tiếng của Satoshi Nakamoto để giải quyết vấn đề của Byzantine General.

Điểm lựa chọn trên chuỗi cho lối ra và lối vào không cần xin phép và thống nhất trong trường hợp tách chuỗi:

Nếu blockchain có giá trị và an toàn nhất khi tất cả các miner, node hoạt động trên cùng một chuỗi, làm thế nào để tất cả chúng phối hợp trên một điểm duy nhất mà không cần cơ quan trung ương hoặc bên thứ ba chỉ đạo?

Đồng thuận Nakamoto giải quyết điều này bằng cách cung cấp điểm lựa chọn chuỗi hoặc lựa chọn fork, để thoát ra và nhập vào mạng hoặc trong trường hợp chia tách chuỗi, nhằm đưa mạng trở lại đồng thuận hoàn toàn trên một chuỗi thống nhất.

Điều này được thực hiện bằng cách thiết lập “quy tắc chuỗi dài nhất”, có nghĩa là tất cả các node và miner được lập trình để luôn hoạt động trên chuỗi khối có nhiều PoW được thực hiện nhất trên kể từ khi tạo genesis. Đầu mối trung tâm khách quan này dành cho tất cả những người tham gia, được tự động hóa trong các máy khách phần mềm của mạng và là rất quan trọng để loại bỏ các bên thứ ba đáng tin cậy dựa trên đánh giá chủ quan và phục vụ như là trọng tài và giám đốc của hệ thống.

Hàng rào bảo mật chống lại những kẻ tấn công:

PoW dựa trên đồng thuận là một rào cản bảo mật chống lại những kẻ tấn công trong cả quá trình xử lý giao dịch hiện tại và cho tất cả các giao dịch trong quá khứ. Hiện tại, đó là rào cản đối với những kẻ tấn công chi tiêu gấp đôi trong khối hiện tại vì chúng sẽ cần hơn 50% sức mạnh tính toán khai thác chỉ để tham gia vào giao dịch thứ hai nhằm loại bỏ giao dịch thứ nhất.

Đối với tất cả các giao dịch trong quá khứ, đó là cùng một khái niệm, nhưng vì PoW được tích lũy nên tại thời điểm này sẽ mất hàng trăm ngày để đảo ngược các khối cũ hơn. Trên thực tế, tại thời điểm viết bài, sẽ mất ít nhất 400 ngày với 100% sức mạnh hash hiện tại, để đảo ngược chuỗi kể từ genesis.

Sự khan hiếm kỹ thuật số thông qua chi phí không thể giả mạo:

Như Nick Szabo đã giải thích trong bài báo “Schelling Out: The Origins of Money” (nguồn gốc của tiền), chi phí không thể giả mạo là khái niệm của một hình thức sound money (tiền dự trữ an toàn) không chỉ bền, có thể chuyển nhượng, di động, chia được mà còn tốn kém chi phí để tạo ra.

Chi phí này đảm bảo rằng người khác không dễ dàng giả mạo hoặc tạo ra các bản sao lớn của tiền tệ, do đó làm loãng giá trị của nó. Nói cách khác, vì PoW rất tốn kém do đòi hỏi số lượng tính toán lớn, tiêu thụ điện năng khổng lồ nên nó cho phép sự khan hiếm kỹ thuật số thông qua chi phí không thể giả mạo.

Ủy nhiệm cho giá trị trong kinh tế:

Chi phí tương tự đảm bảo tính khan hiếm là ủy nhiệm cho giá trị của tiền tệ bản địa trong nền kinh tế. Mặc dù giá trị là cá nhân và chủ quan nhưng ủy nhiệm minh bạch cho giá trị như PoW giúp thúc đẩy phát hiện giảm giá chi phí giao dịch, tạo điều kiện cho sự phối hợp trên thị trường.

Lợi ích cho tiền, tài sản và thỏa thuận?

Như đã thấy trong bài viết này, những lợi ích chính của PoW dựa trên đồng thuận Nakamoto khiến nó an toàn và hoàn hảo, cung cấp bằng chứng thể hiện tất cả sức mạnh tính toán tham gia vào các khối đang xây dựng, cung cấp điểm để thoát ra và nhập vào mạng trong trường hợp chia tách chuỗi, là rào cản bảo mật tích lũy chống lại những kẻ tấn công, cho phép tính khan hiếm kỹ thuật số thông qua chi phí không thể giả mạo và đóng vai trò như ủy nhiệm cho giá trị trong nền kinh tế.

Đối với các blockchain như Bitcoin và Ethereum Classic, tất cả những lợi ích này là rất quan trọng để bảo mật BTC hoặc ETC, sản xuất các khối hợp lệ, đặt lệnh giao dịch, lưu trữ, bảo vệ tài sản và các thỏa thuận trong một hệ thống có giảm thiểu niềm tin, không thể thay đổi và không cần cho phép trên quy mô toàn cầu.

Dislaimer: Đây là thông tin cung cấp dưới dạng blog cá nhân, không phải thông tin tổng hợp hay lời khuyên đầu tư. Chúng tôi không chịu trách nhiệm về các quyết định đầu tư của bạn.

• Điều gì sẽ xảy ra với các miner sau khi ETH 2.0 chuyển đổi thành công PoW sang PoS?
• Tấn công 51%: Ethereum Classic là mạng PoW kém an toàn nhất, Bitcoin là mạng an toàn nhất